石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

通过对氧化石墨热膨胀还原并用超声分散制备了石墨烯,并对所得产物进行分析表征。用超声分散和模具浇注成型法制备了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。研究了石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了石墨烯对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着石墨烯含量的增加,石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度及模量先增加后减小;当石墨烯的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值60.9MPa,比纯环氧树脂提高了16.88%;当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸模量达到最大值2833.3MPa,比纯环氧树脂提高了48.29%。     

石墨烯纳米片/AZ91镁基复合材料的显微组织与力学性能

采用铸造工艺制备了石墨烯纳米片(GNPs)增强的AZ91镁基复合材料,测试了复合材料的力学性能,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪对复合材料的微观组织、界面结合和断口形貌进行了表征和分析,讨论了复合材料的强化机理。结果表明:石墨烯纳米片可有效细化镁基体的晶粒组织,在添加少量石墨烯纳米片时(0.1%),复合材料的屈服强度、延伸率和显微硬度分别为(164±5)MPa、(7.7±0.1)%和(74.2±2)HV,比基体分别提高了37.8%、13.2%和24.7%。GNPs与镁基体形成了强界面结合,这更有利于发挥应力转移强化、细晶强化等作用,提高镁合金强度、塑性等力学性能。     

碳纳米管和石墨烯纳米片复合增强AZ91镁基复合材料组织与力学性能

目的 解决纳米碳材料在镁基体中分散难的瓶颈问题,制备出力学性能优异的镁合金复合材料。方法 采用超声工艺将质量分数为3.0%的碳纳米管插入到质量分数为0.5%的石墨烯纳米片的片层之间,添加到AZ91镁合金基体中,借助粉末冶金技术+热挤压工艺制备了0.5%GNS+3.0%CNTs复合增强的镁基复合材料。采用光学显微镜和透射电子显微镜观察和分析了复合材料的显微组织和界面结合。测试了复合材料的力学性能,并利用扫描电子显微镜观察了复合材料的拉伸断口形貌。结果 复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分别为（274±5.0）MPa,（8.4±0.2）%,HV（90.5±1.8）,与基体合金相比,分别提高了63.1%,20.0%,20.1%。结论 GNS+CNTs的加入有效细化了基体合金的晶粒组织,且与镁基体形成了较好的界面结合,促使细晶强化、应力转移强化等各种强化机制的共同作用,使复合材料力学性能显著提高。     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。     

磁功能化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能

先以氧化石墨烯和三氯化铁为原料并用高温水热法制备还原氧化石墨烯/ Fe₃O₄(rGO/Fe₃O₄)复合物,再用其改性环氧树脂制备出rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料,研究了(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加对其性能的影响。结果表明,(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加量为30%的复合材料其冲击强度达到27 kJ/m²,比纯环氧树脂的冲击强度提高了58.8%。在环氧树脂中添加rGO/Fe₃O₄复合物,使其吸波性能显著提高。rGO/Fe₃O₄复合物的添加量为20%的复合材料,其反射率在小于-10 dB的频率范围为7.7~12.3 GHz,有效吸收频宽达4.6 GHz,覆盖了整个X波段。随着石墨烯含量的提高rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料达到最小反射率的位置向低频位置移动,控制rGO和Fe₃O₄的相对含量可调控这种复合材料的吸波性能。     

织物结构对玄武岩织物/环氧树脂复合材料力学性能的影响

采用三种不同结构玄武岩织物(单向/平纹/2.5维),通过树脂传递模塑成型工艺(RTM)制备了玄武岩织物增强环氧树脂复合材料。通过拉伸和弯曲试验,研究了织物结构对复合材料力学性能的影响,探讨了不同织物结构玄武岩织物增强环氧树脂复合材料的损伤破坏机制。结果表明:织物结构形式对复合材料的力学性能有较大影响,单向玄武岩织物复合材料的拉伸性能最好,试样的拉伸断口相对齐平,分层现象不明显;2.5维玄武岩织物复合材料弯曲性能最好,且纬向弯曲性能优于经向。2.5维织物增强复合材料的结构整体性较好,受到拉伸和弯曲载荷不会产生分层破坏。根据扫描电子显微镜(SEM)断面分析可以判定,玄武岩织物/环氧树脂复合材料拉伸和弯曲加载过程中的损伤类型主要为织物中纤维的断裂及纤维-树脂的界面脱粘。     

石墨烯纳米片的简易合成及其超级电容性能研究

以硫代氨基脲(CH₅N₃S)为还原剂, 通过还原氧化石墨(GO)制备了石墨烯纳米片(GNS)。利用XRD, FE-SEM, AFM和UV-Vis光谱对产物的结构和形貌进行分析, 并使用循环伏安和恒流充放电等测试手段来表征其超级电容性能。实验结果表明, 所制备的GNS具有良好的结晶状态, 并且在水溶液中具有良好的分散性。以GNS纳米片为电极材料, 在3 mol/L KOH电解质溶液中, 在500 mA/g电流密度测试条件下所得比电容量为75 F/g。而且GNS纳米片显示出了良好的电化学循环稳定性。     

生物基没食子酸环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及热性能

以植物多元酚没食子酸为原料制备了生物基没食子酸环氧树脂(GAER),采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并利用硅烷偶联剂KH550对氧化石墨烯进行改性修饰。以琥珀酸酐为固化剂,制备了GAER/KH550-GO生物基纳米复合材料。对所制备的GO及其与GAER的复合材料进行了结构表征和性能测试。结果表明,KH550改性的氧化石墨烯已经剥离形成具有单片分布的结构,GAER/KH550-GO复合材料的储存模量(E′)、玻璃化转变温度(Tg)均随着KH550-GO含量的增加先增加后降低,在KH550-GO的质量分数为0.25%时,Tg提高了21℃,50℃时E′增加了72.2%;在KH550-GO的质量分数为0.75%时,复合材料具有较高的交联密度及耐热性。     

Effect of Consolidation Method on the Mechanical Properties of Nonwoven Fabric Reinforced Composites

Nonwoven fabrics provide low cost reinforcement for composites. The consolidation behavior of E-glass nonwoven preforms and the mechanical properties of the resulting composites are studied. The reinforcement structures include stitch-bonded chopped-strand mat, powder-bonded chopped-strand mat, and continuous-strand mat. A woven fabric is also included for comparison. The bulkiness of the fabric influences their processibility in the hand lay-up and resin transfer molding (RTM) processes. Mechanical properties of specimens from the hand lay-up and the RTM processes are evaluated in tensile, compressive, and flexural tests. The test results and failure mechanisms are reported, and the effect of consolidation condition on the mechanical properties are analyzed. Theoretical analysis of the elastic properties of nonwoven composites are discussed. The tensile moduli from the experiment for such composites are compared with theoretical predictions and good agreement is observed.     

石墨烯微片对尼龙6的改性研究

采用共混法制备尼龙6/石墨烯微片(GNPs)复合材料,研究了其导电性能、摩擦磨损性能及力学性能,并利用扫描电镜观察分析了材料磨损表面形貌,同时将其结果与炭黑(CB)体系进行了比较。结果表明,PA6/GPNs的渗滤阀值为15%(质量分数,下同),远低于PA6/CB的30%;GNPs的加入降低了材料的摩擦系数和磨损率,并在其含量为10%时达到最佳,分别降低30%和50%;提高了材料的拉伸强度、断裂伸长率、硬度,但冲击强度下降。CB的加入提高了材料的耐磨性、硬度,但摩擦性能、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均下降。     

取向碳纳米管/玻璃纤维增强树脂基单向层合板的制备及其力学性能

针对纤维增强树脂基单向复合材料横向刚强度低的问题,通过碳纳米管(CNTs)在单向复合材料横向方位取向控制技术研究,建立了一种CNTs在树脂基复合材料中电场取向装置,制备了取向CNTs/环氧树脂(EP)复合材料及取向CNTs/玻璃纤维(GF)增强环氧树脂基单向层合板,并对不同电场强度、CNTs含量对其力学性能的影响进行了试验分析。结果表明,施加300V/cm的取向电场时,添加0.2wt%多壁碳纳米管(MWNTs)/EP储能模量较未添加MWNTs时提高了68.42%,较随机方位分布MWNTs/EP提高了1.36%;取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了72.2%和92.1%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了58.29%和61.43%;施加439V/cm的取向电场时,添加0.2wt%取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了64.7%和63%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了51.42%和36.90%,取向CNTs/GF增强树脂基单向层合板横向刚强度均得到了大幅提高。     

表面官能团化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

本文首先将多壁碳纳米管(MWNT)进行表面化学修饰,接入羧基、胺基等官能团,采用红外光谱进行了表征.以纯化后的MWNT和表面化学修饰的MWNT作为填料,制备了MWNT /环氧树脂复合材料,研究了MWNT的加入对环氧树脂的力学性能、电学性能、热稳定性和玻璃化转变温度等的影响,并利用场发射电镜观察了胺基化MWNT在环氧树脂基体中的分散情况.     

玻璃纤维填充聚氨酯改性环氧树脂灌封材料的性能

采用真空灌注工艺,以磨碎玻璃纤维(MG)为填料,通过聚氨酯(PU)对4,5环氧环己烷1,2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯(711)、二酚基丙烷环氧树脂(E-51)改性,研究了MG/PU/TDE-85灌封材料、MG/PU/711灌封材料及MG/PU/E-51灌封材料的力学性能、热性能和电性能。研究结果表明,MG/PU/TDE-85灌封材料的拉伸强度、冲击强度、玻璃化转变温度、体积电阻率均为最大,分别达到79.72MPa、17.83kJ/m2、144℃和2.78×1015Ω.cm,具有最佳的综合性能。     

玻璃钢动态力学性能的实验研究

利用分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆研究了国产环氧玻璃钢和聚脂玻璃钢在平均应变率为－１０＾３／ｓ下的动态力学性能，给出了这两种材料在冲击压缩下的弹性模量和能量吸收率，为新型飞行保护头盔的设计提供了材料的实验依据。     

石墨烯增强镍基粉末高温合金复合材料的力学性能

采用湿混法将石墨烯纳米片分散到高温合金粉末中,并采用热等静压+热挤压+等温锻造+热处理的方法制备出FGH96镍基粉末高温合金。结果表明:石墨烯纳米片在高温合金中分散均匀,初步发现在后续的热工艺过程中并未发生变性;添加0.1%(质量分数)的石墨烯后,室温抗拉强度和屈服强度分别提高了58MPa和43MPa,塑性从21.0%提高到37.3%;650℃条件下抗拉强度和屈服强度分别提高了58MPa和28MPa,塑性从18.5%提高到26.5%。此外对石墨烯增强FGH96镍基高温合金力学性能的作用机制也进行了进一步分析。     

超细玻纤环氧复合材料的隔声与隔热性能

以超细玻璃纤维绵和环氧树脂为原料,制备了含量不同的超细玻纤环氧复合材料。由于超细玻璃纤维的引入,对入射声波的散射作用增加,因此该类材料具有较好的声音阻隔性能,同时,由于环氧树脂基复合材料本身较低的导热系数,该类材料同时具有较好的隔热性能。采用阻抗管测试方法、导热系数测定和冲击性测试,对复合材料的隔声隔热及抗冲击性进行了表征,结果表明,引入超细玻纤的环氧树脂复合材料隔声量能达到50dB以上,导热系数降低至0.167W/(m·K),具有良好的隔声隔热性能。     

多种重离子辐照对硼硅酸盐玻璃机械性能的影响

研究辐照导致硼硅酸盐玻璃机械性能的影响, 对高放废物的长期安全处置具有重要的意义。本工作采用0.3 MeV的P离子、4 MeV的Kr离子、5 MeV的Xe离子以及8 MeV的Au离子分别辐照硼硅酸盐玻璃, 利用纳米压痕技术表征了辐照前后样品的硬度和模量。结果表明: 硼硅酸盐玻璃的硬度和模量在一定范围内会随着辐照剂量的增大而减小, 辐照达到0.1 dpa时硬度和模量变化趋于饱和, 此时硬度下降了35%, 模量下降了18%; 而且不同种类的离子辐照对硼硅酸盐玻璃的硬度和模量造成的变化趋势基本相同。使用掠入射X射线衍射仪对样品晶态结构进行了分析, 发现辐照后硼硅酸盐玻璃仍保持非晶状态。利用Raman光谱对辐照后样品的微观结构的变化进行了表征, 发现辐照会导致玻璃网络结构发生改变, 玻璃的聚合度下降, 无序度增加。本工作还证明了离子辐照导致玻璃机械性能变化的主要因素是离子在样品中的核能量沉积导致玻璃结构的改变。     

功能化氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究

以壳聚糖为基体、氧化石墨烯为活性增强相,采用溶液复合的方法制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料。为使氧化石墨烯均匀地分散在壳聚糖溶液中,对氧化石墨烯的表面进行了功能化处理。通过TEM、SEM、XRD、TGA和力学实验对氧化石墨烯的分散性,复合材料的结晶性能、热性能和力学性能进行了分析。研究结果表明,表面处理后的氧化石墨烯均匀分散于壳聚糖溶液中,未出现絮凝和团聚现象,复合材料中氧化石墨烯也以层片堆叠的方式存在。复合材料中壳聚糖基体的结晶峰位置和结晶度不随氧化石墨烯的加入而改变。复合材料的杨氏模量随着氧化石墨烯含量的增加而提高,断裂伸长率随氧化石墨烯含量增加而降低;当氧化石墨烯含量达到5%(质量分数)后,材料由韧性变为脆性,强度降低。复合材料的热稳定性随着氧化石墨烯含量的增加而提高。